По способу достижения завершенной электронной оболочки.

ЕГЭ, химия Задание 4. Химическая связь

Химическая связь - это взаимодействие атомов, осуществляемое путем обмена электронами.

При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую восьмиэлектронную (или двухэлектронную – Н, Не) внешнюю оболочку, соответствующую строению атома ближайшего инертного газа, т.е. завершить свой внешний уровень.

Образование химических связей между атомами – естественный, самопроизвольный процесс, так как при этом происходит понижение энергии молекулярной системы, т.е. энергия молекулярной системы меньше суммарной энергии изолированных атомов. Это движущая сила образования химической связи.

Природа химических связей – электростатическая, т.к. атомы есть совокупность заряженных частиц, между которыми действуют силы притяжения и отталкивания, которые приходят в равновесие.

В образовании связей участвуют неспаренные электроны, находящиеся на внешних атомных орбиталях (или готовые электронные пары) – валентные электроны. Говорят, что при образовании связей происходит перекрывание электронных облаков, в результате чего между ядрами атомов возникает область, где вероятность нахождения электронов обоих атомов максимальна.

Чтобы определить тип химической связи в соединении задайте 2 вопроса.

1. Это простое или сложное вещество?

2. Между какими типами атомов (металлические или неметаллические) образуется связь?

Варианты ответов и тип химической связи указаны в таблице.

Вещество
простое	сложное
атомы металла	атомы неметалла	неметалл+неметалл	металл+неметалл
Металлическая связь	Ковалентная неполярная связь	Ковалентная полярная связь	Ионная связь
Cu, Au, Fe, Na	H2, N2, O2, Cl2, Br2	HCl, NH3, H2S, H2O,CH4	Na2O, Al2O3, BaCl2

Классификация химических связей

1. По механизму образования химической связи.

а) обменный, когда оба атома, образующие связь, предоставляют для неё неспаренные электроны.

Например, образование молекул водорода Н₂ и хлора Cl₂:

б) донорно – акцепторный, когда один из атомов предоставляет для образования связи готовую пару электронов (донор), а второй атом – пустую свободную орбиталь.

Например, образование иона аммония (NH₄)⁺ (заряженная частица):

По способу достижения завершенной электронной оболочки.

Каждый атом стремится завершить свою внешнюю электронную оболочку, при этом способов достижения такого состояния может быть несколько.

Ковалентная связь - это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар (Например, H₂, HCl, H₂O, O₂).

По степени смещенности общих электронных пар к одному из связанных ими атомов ковалентная связь может быть полярной и неполярной.

А) Ковалентная неполярная связь (КНС) - образуют атомы одного и того же химического элемента - неметалла (Например, H₂, O₂, О₃).

Механизм образования связи.

Каждый атом неметалла отдает в общее пользование другому атому наружные не спаренные электроны. Образуются общие электронные пары. Электронная пара принадлежит в равной мере обоим атомам.

Б) Ковалентная полярная связь (КПС) - образуют атомы разных неметаллов, отличающихся по значениям электроотрицательности (Например, HCl, H₂O).

Механизм образования связи.

Каждый атом неметалла отдает в общее пользование другому атому свои наружные неспаренные электроны. Образуются общие электронные пары. Общая электронная пара смещена к более электроотрицательному элементу.

Ионная связь (ИС) – образуется между атомами металлов и неметаллов, т.е. между атомами, резко отличающимися друг от друга по значениям электроотрицательности. (Например, NaCl, K₂O, LiF)

Механизм образования связи.

Атом неметалла забирает наружные электроны у атома металла и превращается в анион (отрицательно заряженный ион). Атом металла теряет электроны и превращается в катион (положительно заряженный ион). Ионы связаны электростатическими силами. Происходит полная отдача (принятие) валентных электронов, перекрывание облаков отсутствует, обобществления электронов не наблюдается.

Рассмотрим механизм образования молекулы фторида натрия:

В результате образования связи электронная пара полностью сместилась к атому фтора, разноименно заряженные иона натрия и фтора притягиваются за счёт электростатического взаимодействия.

Металлическая связь - связь в металлах и сплавах, которую выполняют относительно свободные электроны между ионами металлов в металлической кристаллической решетке.

У атомов всех металлов на внешнем электронном слое присутствуют электроны, имеющие низкую энергию связи с ядром атома. Для большинства металлов, энергетически выгодным является процесс потери внешних электронов.

Ввиду такого слабого взаимодействия с ядром эти электроны в металлах весьма подвижны и в каждом кристалле металла непрерывно происходит следующий процесс:

М⁰ — ne⁻ = Mⁿ⁺,

где М⁰ – нейтральный атом металла, а Mⁿ⁺ катион этого же металла. На рисунке ниже представлена иллюстрация происходящих процессов.

То есть по кристаллу металла «носятся» электроны, отсоединяясь от одного атома металла, образуя из него катион, присоединяясь к другому катиону, образуя нейтральный атом. Такое явление получило название “электронный ветер”, а совокупность свободных электронов в кристалле атома неметалла назвали “электронный газ”. Подобный тип взаимодействия между атомами металлов назвали металлической связью.

Водородная связь

Если атом водорода в каком-либо веществе связан с элементом с высокой электроотрицательностью (азотом, кислородом или фтором), для такого вещества характерно такое явление, как водородная связь.

Поскольку атом водорода связан с электроотрицательным атомом, на атоме водорода образуется частичный положительный заряд, а на атоме электроотрицательного элемента — частичный отрицательный. В связи с этим становится возможным электростатическое притяжения между частично положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и электроотрицательным атомом другой. Например, водородная связь наблюдается для молекул воды. Именно водородной связью объясняется аномально высокая температура ее плавления.

Итак, водородные связи возникают между следующими веществами:

• вода H₂O (пар, лед, жидкая вода):

• фтороводород HF (газ, раствор фтороводорода в воде — плавиковая кислота),
• раствор аммиака и органических аминов — между молекулами аммиака и воды;
• органические соединения, в которых есть связи O-H или N-H: спирты, карбоновые кислоты, амины, аминокислоты, фенолы, анилин и его производные, белки, растворы углеводов — моносахаридов и дисахаридов.